本實(shí)用新型涉及激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的激光雷達(dá)200如圖1所示具有：1、270°反射鏡方案中光通信如圖1所示激光器211發(fā)光通過非球面鏡205處的準(zhǔn)直器204準(zhǔn)直成細(xì)光束，該光束通過反射鏡208和導(dǎo)光筒210后，經(jīng)過濾光筒209射出，向周圍環(huán)境投射。編碼盤203附近的電機(jī)201帶動(dòng)反射鏡208和導(dǎo)光筒210旋轉(zhuǎn)，受光電開關(guān)207控制，激光從濾光鏡209進(jìn)入，接收單元212進(jìn)行接收，從而實(shí)現(xiàn)激光束對周圍環(huán)境的掃描。因?yàn)樵摲桨鸽姍C(jī)電源、速度控制信號是通過導(dǎo)線槽202中的導(dǎo)線傳輸?shù)模す怛?qū)動(dòng)信號由信號處理單元206發(fā)出，因?yàn)閷?dǎo)線槽202的遮擋，導(dǎo)致激光束無法實(shí)現(xiàn)對周圍環(huán)境的360°全角度掃描，實(shí)際掃描角度一般小于等于270°。此外，導(dǎo)電滑環(huán)方案，激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)測距部分和固定的雷達(dá)底座之間通過導(dǎo)電滑環(huán)進(jìn)行電氣連接，電能和信號通過滑環(huán)內(nèi)部的摩擦接觸部件實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。因此，現(xiàn)有技術(shù)就有了270°反射鏡方案，無法實(shí)現(xiàn)360°全角度掃描；2、滑環(huán)方案采用摩擦接觸的方案，產(chǎn)品壽命短。

綜上可知，現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際使用上顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)，其目的在于覆蓋360°掃描測量，設(shè)計(jì)穩(wěn)定性、可靠性更好的結(jié)構(gòu)、使用壽命得到提高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)，包括：

測距模塊、信號傳輸模塊、電能傳輸模塊、機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件和殼體；所述信號傳輸模塊包括至少一對光通信發(fā)射端和光通信接收端的信號傳輸模塊、電能傳輸模塊通過磁環(huán)耦合無線輸電，所述機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件帶動(dòng)所述測距模塊繞軸向360度旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)本實(shí)用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)，在所述殼體上部設(shè)置所述測距模塊，所述測距模塊包括激光器、發(fā)射透鏡組、接收傳感器、接收透鏡，所述激光器設(shè)置在所述發(fā)射透鏡組的容置空間內(nèi)，所述接收傳感器設(shè)置在所述接收透鏡的容置空間內(nèi)，激光從所述激光器發(fā)出經(jīng)所述發(fā)射透鏡組到環(huán)境中的物體，反射后由所述接收透鏡再進(jìn)入所述接收傳感器；在中部空間成對設(shè)置所述光通信發(fā)射端和所述光通信接收端，光信號從所述光通信發(fā)射端傳輸?shù)剿龉馔ㄐ沤邮斩耍?/p>

所述機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件設(shè)置有電機(jī)，所述電機(jī)通過皮帶與所述殼體的上部活動(dòng)連接，所述電機(jī)通過皮帶帶動(dòng)所述殼體的上部和中部旋轉(zhuǎn)，同時(shí)所述測距模塊對周圍環(huán)境繞軸向360度掃描探測，在底部的所述電能傳輸模塊包括電磁感應(yīng)進(jìn)行無線輸電的上半部分和下半部分，所述上半部分位于所述殼體的中部且繞軸向360度旋轉(zhuǎn)，所述下半部分固定在所述殼體的底部。

根據(jù)本實(shí)用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)，所述電能傳輸模塊的所述上半部分和所述下半部分都是繞設(shè)導(dǎo)線線圈的所述磁環(huán)。

根據(jù)本實(shí)用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)，所述測距模塊是基于飛行時(shí)間原理的激光測距模塊。

根據(jù)本實(shí)用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)，基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)還包括一產(chǎn)生脈沖信號的信號處理板；

一接收所述脈沖信號作為起始信號、接收所述接收傳感器輸出的計(jì)時(shí)終止信號計(jì)算激光飛行時(shí)間的計(jì)時(shí)模塊。

根據(jù)本實(shí)用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)，所述信號傳輸模塊包括兩對所述光通信接收端和所述光通信發(fā)射端，實(shí)現(xiàn)全雙工通信或半雙工通信工作模式。

根據(jù)本實(shí)用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)，成對的所述光通信發(fā)射端發(fā)射的光信號和所述光通信接收端的接收的光信號是同一個(gè)波段，不同的兩對在不同波段。

根據(jù)本實(shí)用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)，所述傳輸模塊僅設(shè)置一對所述光通信發(fā)射端和所述光通信接收端，進(jìn)行單工通信模式。

根據(jù)本實(shí)用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)，所述電機(jī)采用內(nèi)置的空軸電機(jī)。

根據(jù)本實(shí)用新型所述基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)，所述光通信發(fā)射端和所述光通信接收端是二極管。

本實(shí)用新型通過改進(jìn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化光路上的零部件，避免使用摩擦接觸零件，穩(wěn)定性、可靠性、使用壽命得到提高，可以覆蓋360°角度的掃描測量。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)的優(yōu)選實(shí)施例的測距相關(guān)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)使用流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

為了解決上述問題，結(jié)合圖示說明，如圖2～圖3所示，本實(shí)用新型提供的基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)100，包括：測距模塊、信號傳輸模塊、電能傳輸模塊、機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件和殼體；所述信號傳輸模塊包括至少一對光通信發(fā)射端和光通信接收端的信號傳輸模塊、電能傳輸模塊通過磁環(huán)耦合無線輸電，所述機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件帶動(dòng)所述測距模塊繞軸向360度旋轉(zhuǎn)。無線輸電可以徹底使得殼體能分離進(jìn)行全方位旋轉(zhuǎn)，同時(shí)改變了原有的線纜設(shè)置方式改為光通信進(jìn)行收發(fā)，不會(huì)因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)方式產(chǎn)生纏結(jié)，阻礙全方位運(yùn)動(dòng)。

更進(jìn)一步地，在所述殼體50上部設(shè)置所述測距模塊，所述測距模塊包括激光器1、發(fā)射透鏡組2、接收傳感器5、接收透鏡4，所述激光器1設(shè)置在發(fā)射透鏡組2的容置空間內(nèi)，所述接收傳感器5設(shè)置在接收透鏡4的容置空間內(nèi)，激光從激光器1發(fā)出經(jīng)所述發(fā)射透鏡組2到環(huán)境中物體，反射后由接收透鏡4再進(jìn)入接收傳感器5；在中部空間成對設(shè)置所述光通信發(fā)射端和所述光通信接收端，如圖3所示，光信號從光通信發(fā)射端6傳輸?shù)焦馔ㄐ沤邮斩?；發(fā)射透鏡組2包括至少一片透鏡。

所述機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件設(shè)置有電機(jī)，所述電機(jī)通過皮帶與所述殼體50的上部活動(dòng)連接，所述電機(jī)10通過皮帶11帶動(dòng)所述殼體50的上部和中部旋轉(zhuǎn)，同時(shí)所述測距模塊對周圍環(huán)境繞軸向360度掃描探測，在底部的所述電能傳輸模塊包括電磁感應(yīng)進(jìn)行無線輸電的上半部分和下半部分，所述上半部分位于所述殼體的中部且繞軸向360度旋轉(zhuǎn)，所述下半部分固定在所述殼體50的底部。

如圖4所示，所述電能傳輸模塊的所述上半部分和所述下半部分都是繞設(shè)導(dǎo)線線圈的所述磁環(huán)9，所述磁環(huán)9相互轉(zhuǎn)動(dòng)連接，磁環(huán)9的結(jié)構(gòu)可以不同，保證不接觸。電能傳輸通過耦合的磁環(huán)9傳輸，無線輸電采用普遍用于手機(jī)無線充電的電磁感應(yīng)式方案。

優(yōu)選的是，所述測距模塊是基于飛行時(shí)間原理的激光測距模塊。測距核心是基于TOF(Time-of-Flight，飛行時(shí)間)原理的測距模塊，由激光器1發(fā)射調(diào)制脈沖激光信號，經(jīng)過發(fā)射鏡組2出射，物體反射回的激光通過接收透鏡4聚焦到接收傳感器5上。TDC芯片通過獲取發(fā)射和接收光信號的時(shí)間差得到光程，進(jìn)而計(jì)算得到物體的距離值。TDC(Time-to-Digital Converter)是計(jì)算光飛行時(shí)間的一類芯片，也可以利用FPGA等芯片來代替實(shí)現(xiàn)計(jì)算時(shí)間差的作用。圖3中實(shí)例是外置電機(jī)通過皮帶11帶動(dòng)測距模塊旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)對周圍環(huán)境360°掃描探測，也可以替換內(nèi)置的空軸電機(jī)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)掃描，信號通過全雙工光通信模塊來傳輸。

同時(shí)，基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)100還包括一產(chǎn)生脈沖信號的信號處理板20；

一接收所述脈沖信號作為起始信號、接收所述接收傳感器5輸出的計(jì)時(shí)終止信號計(jì)算激光飛行時(shí)間的計(jì)時(shí)模塊30。

實(shí)際運(yùn)用時(shí)，信號處理板20產(chǎn)生脈沖信號，此信號作為計(jì)時(shí)模塊的計(jì)時(shí)起始信號，該脈沖信號驅(qū)動(dòng)激光器1發(fā)光，激光透過發(fā)射透鏡組2向外界照射，回光信號通過接收透鏡4在接收傳感器5上產(chǎn)生電信號，此信號作為計(jì)時(shí)模塊的計(jì)時(shí)終止信號。計(jì)時(shí)模塊30得到激光飛行時(shí)間，信號處理板20根據(jù)計(jì)時(shí)模塊30得到的時(shí)間差換算成距離數(shù)據(jù)，再結(jié)合光電開關(guān)產(chǎn)生的方位信息，得到激光雷達(dá)數(shù)據(jù)(一組激光雷達(dá)數(shù)據(jù)包含方位信息和距離信息)，在一個(gè)發(fā)射到接收的周期內(nèi)，不限定接收傳感器5的方位和朝向，以便接收足夠?qū)挼慕嵌鹊姆瓷涔?，由系統(tǒng)設(shè)置的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方式?jīng)Q定。

進(jìn)一步地，所述信號傳輸模塊包括兩對所述光通信接收端和所述光通信發(fā)射端，如圖3所示的光通信接收端7和光通信發(fā)射端8，光通信接收端3和光通信發(fā)射端6，實(shí)現(xiàn)全雙工通信或半雙工通信工作模式，當(dāng)然可以設(shè)置更多對進(jìn)行雙工通信；優(yōu)選的是，成對的所述光通信發(fā)射端發(fā)射的光信號和所述光通信接收端的接收的光信號是同一個(gè)波段，不同的兩對在不同波段。此處的方案可以替換為，采用半雙工通信方式，半雙工通信工作模式可以采用兩對相同波段的收發(fā)端。

另外，對于上述實(shí)施例中，可以替選的是，所述傳輸模塊僅設(shè)置一對所述光通信發(fā)射端和所述光通信接收端，進(jìn)行單工通信模式，光通信部分只采用一對收發(fā)模塊，采用單工通信方式，只需要將所述測距模塊的測量信息單方向下發(fā)。

激光雷達(dá)100上，電機(jī)1與皮帶11和傳動(dòng)輪12帶動(dòng)殼體50的上部和中部運(yùn)動(dòng)，軸承14起到輔助作用。也可以替選為，所述電機(jī)1采用內(nèi)置的空軸電機(jī)。

本實(shí)施例中優(yōu)選的是，所述光通信發(fā)射端6、8和所述光通信接收端3、7是二極管。

更進(jìn)一步地，為了使得本實(shí)用新型360度掃描方法闡述更清楚，基于基于光通信的360度掃描的激光雷達(dá)100實(shí)現(xiàn)，上電之后如圖4所示的流程圖，步驟包括：

步驟S401，發(fā)出脈沖激光驅(qū)動(dòng)信號；這一步由信號處理板6實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還以此作為計(jì)時(shí)起始信號；

步驟S402，激光器1發(fā)出窄脈沖激光；

步驟S403，接收物體反射光信號；這一步激光從物體反射進(jìn)入殼體50，該殼體50為透鏡形式，反射光進(jìn)入接收傳感器5；

步驟S404，產(chǎn)生接收脈沖作為計(jì)時(shí)終止信號；接收傳感器5輸出終止信號到計(jì)時(shí)模塊；

步驟S405，計(jì)時(shí)模塊30得到激光飛行時(shí)間；

步驟S406，結(jié)合方位信息得到雷達(dá)測量數(shù)據(jù)。對獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合運(yùn)算處理，最終輸出數(shù)據(jù)。

雖然上述實(shí)施例中列出一部分更好的實(shí)施方式，但是改變激光器和接收傳感器相對位置，如從并排水平擺放，變成垂直擺放，或者呈一定角度擺放；

無線輸電可以替換采用其他耦合方式，相比現(xiàn)有技術(shù)只能進(jìn)行270度左右的掃描探測，本專利可實(shí)現(xiàn)360度掃描。相比上述現(xiàn)有技術(shù)中的靠導(dǎo)電滑環(huán)傳輸電能和信號，本實(shí)用新型沒有摩擦傳導(dǎo)部件，能大大提高激光雷達(dá)的使用壽命。

綜上所述，本實(shí)用新型通過優(yōu)化光路上的零部件，避免使用摩擦接觸零件，穩(wěn)定性、可靠性、使用壽命得到提高，可以覆蓋360°角掃描測量。

當(dāng)然，本實(shí)用新型還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本實(shí)用新型精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實(shí)用新型作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。